【正文】 電樞磁勢(shì)Faq。 24 當(dāng)電樞以一定的轉(zhuǎn)速n向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞繞組的導(dǎo)體便會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 由電刷引出的感應(yīng)電勢(shì)Ea也就是每條支路的感應(yīng)電勢(shì)，即一條支路中所有串聯(lián)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)之和。 本節(jié)將推導(dǎo)感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算公式。 公式推導(dǎo) 可見(jiàn)感應(yīng)電勢(shì)正比于每極磁通量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 這一感應(yīng)電勢(shì)公式把電量Ea、機(jī)械量n、磁場(chǎng)量Φ聯(lián)系起來(lái)了。 直流電機(jī)的電勢(shì)平衡方程式 o 直流電機(jī)的電路包括電樞支路和勵(lì)磁支路。 o 發(fā)電機(jī)按照發(fā)電機(jī)慣例標(biāo)注電勢(shì)，電流和電壓。 一、直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)平衡方程 如有串勵(lì)繞組，則Ra中應(yīng)為串勵(lì)、補(bǔ)償和換向極繞組電阻。 以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例。 電樞接通直流電源。 流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 故電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)又叫反電勢(shì)。 (Magneticelectric Torque) 一、公式推導(dǎo) 可見(jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩正比于每極磁通量和電樞電流。 這一電磁轉(zhuǎn)矩公式把機(jī)械量T，磁場(chǎng)量Φ和電量Ia聯(lián)系起來(lái)了。 對(duì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)軸上輸入的是機(jī)械轉(zhuǎn)矩T1。 T1=T+T0 機(jī)械損耗pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。 ~。 勵(lì)磁損耗pf: pf = Uf If = If2 Rf 電刷接觸壓降損耗 雜散損耗pΔ: 齒槽引起磁場(chǎng)脈動(dòng)引起的鐵耗，一些機(jī)械部件切割磁通產(chǎn)生的鐵耗等pΔ=(~1)%P2。 功率流程圖（永磁式時(shí)） 電磁功率PM：從機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電功率的那一部分功率,它是能量形態(tài)變化的基礎(chǔ)。 PM= TΩ=CTΦIaΩ=pN/(2πa)ΦIa*(2πn/60) 效率 =（1Σp）/ P1 三、電動(dòng)機(jī)功率平衡方程 功率平衡方程P1 = PM+pa+pb = P2+pm+pFe+pΔ+pa+pb+pf = P2+Σp PM = Ea Ia =（1Σp）/P1 本章小結(jié)勵(lì)磁繞組與電樞回路之間的連接方式有：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)。 一般情況下，直流電機(jī)的空載磁通密度分布呈平頂波。 當(dāng)直流電機(jī)負(fù)載時(shí)，電樞繞組繞組中的電樞電流將產(chǎn)生電樞磁勢(shì)，電樞磁勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的分布和主磁通的大小將產(chǎn)生一定的影響，這種影響稱為電樞反應(yīng)。 交軸電樞反應(yīng)將使主磁場(chǎng)發(fā)生畸變，當(dāng)磁路飽和時(shí)會(huì)對(duì)主磁場(chǎng)產(chǎn)生去磁作用。 在兩種狀態(tài)下，電樞繞組中均產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。在發(fā)電機(jī)中EaU，在電動(dòng)機(jī)中UEa。 同樣，直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)中均存在電磁轉(zhuǎn)矩。在發(fā)電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩是阻力轉(zhuǎn)矩，在電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 直流電機(jī)的電勢(shì)平衡方程反映了電機(jī)電路中各種量之間的關(guān)系。電磁功率PM=TΩ=EaIa顯示了機(jī)械功率和電磁功率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 直流發(fā)電機(jī) 1. 本章介紹直流發(fā)電機(jī)(DC Generater)的特性。 3. 除轉(zhuǎn)速n外，發(fā)電機(jī)的外部可測(cè)量出3個(gè)電量，即端電壓U、負(fù)載電流I、 4. 勵(lì)磁電流 If 。 6. 不同勵(lì)磁方式之發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性有所不同，本章將分別討論之。 他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特性一、開(kāi)路特性 U0 = f ( If )1. 定義：當(dāng)n =常數(shù)，I=0時(shí), 改變勵(lì)磁電流，電樞端電壓U0 隨勵(lì)磁電流IfFf / N 4. 結(jié)論：經(jīng)過(guò)一定比例轉(zhuǎn)換后，開(kāi)路特性U0=f(If)曲線與電機(jī)的磁化曲線(Magnetization curve) Φ=f(Ff)形狀完全相同。 一般電機(jī)的工作點(diǎn)位于開(kāi)路特性上曲線開(kāi)始彎曲的膝點(diǎn)附近。其飽和系數(shù)Kc=ac/cb 2. n=nN，U=UN，I=IN時(shí)的勵(lì)磁電流稱為額定勵(lì)磁電流，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電阻即RfN。 5. 結(jié)論：外特性U=f(I)曲線是略微下降的曲線。 2. ΔU= (U0UN) / UN（100%） 3. 一般他勵(lì)直流發(fā)電機(jī) 4. ΔU=5~10）%。 自勵(lì)：勵(lì)磁繞阻并接于電樞繞組兩端，由發(fā)電機(jī)本身的端電壓提供勵(lì)磁，而發(fā)電機(jī)的端電壓又必須在有了勵(lì)磁電流后才能產(chǎn)生，所以并勵(lì)發(fā)電機(jī)由初始的U=0到正常運(yùn)行時(shí)U為一定值，有一個(gè)自己建立電壓的過(guò)程(自勵(lì)過(guò)程). 1. 穩(wěn)定點(diǎn)：由動(dòng)態(tài)方程可知，當(dāng) 2. u0(if)Rfif = 0時(shí)，勵(lì)磁電流和電壓將達(dá)到穩(wěn)定值。 4. 建壓條件： ； ； 。 2. 這樣微小的電流在電樞繞組中引起的電壓降和電樞反應(yīng)的影響很小，可以忽略不計(jì)。 U0 = EaIfRa2ΔUs≈ Ea 3. 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的開(kāi)路特性曲線與他勵(lì)時(shí)相同，一般試驗(yàn)時(shí)接成他勵(lì)方式即可。從而導(dǎo)致端電壓再下降。 33 復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的特性 一般來(lái)說(shuō)，并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，串勵(lì)繞組起調(diào)節(jié)性能的作用。 二、外特性 U=f(I)1. 負(fù)載運(yùn)行時(shí)，串勵(lì)繞組產(chǎn)生磁勢(shì)，這個(gè)磁勢(shì)將影響主磁通的大小和電機(jī)性能。 3. 如果串勵(lì)繞組作用較大，即在額定電流時(shí)端電壓超過(guò)額定電壓，則為過(guò)復(fù)勵(lì)。 本 章 小 結(jié) 第 4 章 直流電動(dòng)機(jī)本章概述：同時(shí)涉及到直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 電動(dòng)機(jī)接到規(guī)定電源后，轉(zhuǎn)速?gòu)?上升到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為啟動(dòng)(starting)過(guò)程。 合閘瞬間的啟動(dòng)電流很大可達(dá) (10~20)IN n=0, Ea= CeΦ n = 0 ， Ia=( UEa ) / Ra= U/Ra 因此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗茊?dòng)電流。 對(duì)啟動(dòng)的要求： （1）最初啟動(dòng)電流Ist要??；（2）最初啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst要大；（3）啟動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單和可靠。 4. 有了一定的轉(zhuǎn)速n后，電勢(shì)Ea不再為0，電流Ist會(huì)逐步減小，轉(zhuǎn)矩Tst也會(huì)逐步減小。 6. 啟動(dòng)電阻Rst一般設(shè)計(jì)為短時(shí)運(yùn)行方式，不容許長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)較大的電流。 2. 串勵(lì)與復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法基本上與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，即采用電樞回路串電阻的方法減小啟動(dòng)電流。（詳述見(jiàn)后） 4. 串電阻啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小，但啟動(dòng)電阻上要消耗能量；電樞降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備投資較大，但啟動(dòng)過(guò)程節(jié)能。 一、轉(zhuǎn)速特性 n=f(P2)U = CeΦ n+IaRa+2ΔUs n=(U2ΔUsIaRa) / (CeΦ) 1. 影響轉(zhuǎn)速n的因素有二：1）電流Ia增大時(shí)電樞電阻壓將IaRa也增大，使轉(zhuǎn)速趨于下降；2）電流增大時(shí)，電樞反應(yīng)的去磁作用使得磁通Φ下降，使轉(zhuǎn)速趨于上升。由于電阻Ra的值很小，所以轉(zhuǎn)速下降比較平緩。 二、轉(zhuǎn)矩特性T = f (P2) T=T2+T0=P2/(2nπ/60) + T0 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化很小，可以近似認(rèn)為T(mén)0=常數(shù)。 如果不考慮轉(zhuǎn)速的變化，則T=f (P2)為一條直線，考慮到轉(zhuǎn)速略有下降，所以T=f (P2)為一條略微上翹的曲線。 43 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 用電樞回路總電阻考慮電刷接觸壓降。 其中，n0=U/(CeΦ)為理想空載轉(zhuǎn)速，而k=(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)為機(jī)械特性的斜率。 改變?nèi)齻€(gè)量U、Φ、Rp 中任意一個(gè)，可以改變機(jī)械特性曲線形狀。 U=UN, Φ=ΦN, Rp=0時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。 由于Ra很小，轉(zhuǎn)矩T增大時(shí)，n下降很小，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是一條比較平的下降曲線。 改變?nèi)齻€(gè)量U、Φ、Rp之一而其他量不變時(shí)可以得到人為機(jī)械特性。(UUN) （3）減少電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的人為機(jī)械特性 n = U / (CeΦ)RaT / (CeCTΦ2) 44 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 n = U / (CeΦN) RaT / (CeCTΦN2) 電壓不變時(shí)，n與sqrt(T)反比，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，轉(zhuǎn)速n下降很快。 上述結(jié)論是在負(fù)載較小、電流較小電機(jī)不飽和的情況下得出的。 并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的n = f (T) 是斜率很小的一次曲線。 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，T也很小，n會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的高值，所以串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載啟動(dòng)和運(yùn)行。 同樣大的起動(dòng)電流時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，常用于啟動(dòng)較為困難的場(chǎng)合。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速在減少，功率增加緩慢，故該電機(jī)過(guò)載能力較強(qiáng)。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性其機(jī)械特性介于并勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。 如果并勵(lì)繞組起主導(dǎo)作用，則特性接近并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 各種直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較： 46 負(fù)載的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，其工作狀況不僅取決于電動(dòng)機(jī)的特性，同時(shí)也取決于作為負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械的特性。由負(fù)載性質(zhì)決定。(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載:轉(zhuǎn)矩方向總是和轉(zhuǎn)速方向相反，永遠(yuǎn)是阻轉(zhuǎn)矩。如重力型負(fù)載。例如：泵，風(fēng)機(jī)等三、恒功率負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速反比。功率基本不變。 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 T=T2時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 dTz/dn dT/dn 。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法1. 拖動(dòng)一定的負(fù)載運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速由工作點(diǎn)決定。 n = U / (CeΦ) [(Ra+Rp) / (CeCTΦ2)]T 3. 三種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上都是改變了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線形狀，使之與負(fù)載機(jī)械特性曲線的交點(diǎn)改變，以達(dá)到調(diào)速的目的。 降低電樞電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性平行下移。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不變、無(wú)級(jí)、平滑、損耗小。 缺點(diǎn)：需要專門(mén)設(shè)備，成本較高。 （設(shè)TZ為常數(shù)） 負(fù)載不變時(shí)，交點(diǎn)也下移，速度也隨之改變。 缺點(diǎn)：只能上調(diào)，最高轉(zhuǎn)速受機(jī)械強(qiáng)度的限制，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大時(shí)調(diào)速范圍小。 調(diào)節(jié)電阻Rp增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率增大，與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)也會(huì)改變，達(dá)到調(diào)速目的。 缺點(diǎn)：只能在低于固有機(jī)械特性的范圍內(nèi)調(diào)速，低轉(zhuǎn)速時(shí)變化率較大，電樞電流較大，調(diào)速過(guò)程中有損耗。 要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，就必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作原理，單獨(dú)改變磁通方向（即通過(guò)改變勵(lì)磁繞組連接）或者單獨(dú)改變電樞電流的方向，均可以改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 故改變轉(zhuǎn)向的方法： (1)對(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，單獨(dú)將勵(lì)磁繞組引出端對(duì)調(diào)。對(duì)于復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)將電樞引出端對(duì)調(diào)或者同時(shí)將并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組引出段分別對(duì)調(diào)（維持加復(fù)勵(lì)狀態(tài)）。 制動(dòng)問(wèn)題：在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要采取一些措施使電動(dòng)機(jī)盡快停轉(zhuǎn)，或者從某高速降到某低速運(yùn)轉(zhuǎn)，或者限制位能性負(fù)載在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)問(wèn)題。 一、能耗制動(dòng) （1）能耗制動(dòng)過(guò)程 BO 電機(jī)：他勵(lì)； 閘刀合向電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 制動(dòng)時(shí)將閘刀合向制動(dòng)電阻。 所以稱為能耗制動(dòng)。 制動(dòng)電阻越小，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大。 高速時(shí)能耗制動(dòng)作用較大，低速時(shí)應(yīng)配合機(jī)械制動(dòng)裝置使系統(tǒng)停掉。 電機(jī)：他勵(lì)；負(fù)載：勢(shì)能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 在C點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 二、反接制動(dòng) (1)電壓反接制動(dòng) n= UN / (CeΦN 如圖所示，工作點(diǎn)A→B→C,在C點(diǎn)時(shí)，n=0。在B→C的過(guò)程中轉(zhuǎn)速為正，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，起制動(dòng)作用。如圖中的D點(diǎn)。 對(duì)于頻繁正反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，常采用這種先反接制動(dòng)停車(chē)，再反向起動(dòng)的運(yùn)行方式，達(dá)到迅速制動(dòng)并反轉(zhuǎn)的目的。 (2)電勢(shì)反接制動(dòng)（倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行）電樞支路突然傳入較大的電阻，則工作點(diǎn)A→B→C→D，D點(diǎn)位于第iv象限，轉(zhuǎn)速為負(fù)，電磁轉(zhuǎn)矩為正，屬于制動(dòng)運(yùn)行。 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用，限制了重物的下放速度。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)降低電壓來(lái)減速時(shí)，若電壓下降幅度較大，會(huì)使得工作點(diǎn)經(jīng)過(guò)第II象限，如圖中的BC段，轉(zhuǎn)速為正而電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)勢(shì)能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。工作點(diǎn)將會(huì)穩(wěn)定在第iv象限。 410 直流電機(jī)的換向 一、換向過(guò)程分析 換向剛開(kāi)始時(shí)，元件仍屬于右邊支路，其電流為+ia（右→左）；處于換向過(guò)程中時(shí)，元件被電刷短路，電流大小和方向處于變化的過(guò)程中；換向結(jié)束時(shí)，元件進(jìn)入左邊支路，其電流已經(jīng)由+ia變?yōu)閕a（左→右）。換向元件的電流從+ia變到ia所用的時(shí)間即為一個(gè)換向周期。當(dāng)火花大到一定程度時(shí)可能損壞換向器表面，從而使電機(jī)不能正常工作。 產(chǎn)生火花的原因除電磁原因外，還有電化學(xué)、工藝、電熱等因素，至今尚無(wú)很成熟的理論。 一般, 換向周期非常短暫,電流的變化會(huì)在繞組元件中產(chǎn)生自感和互感電勢(shì),兩者的合成電勢(shì)稱為電抗電勢(shì),用ex表示。 根據(jù)楞次定理，電抗電勢(shì)的性質(zhì)總是阻礙線圈中電流的變化,亦即ex的方向企圖與換向前的電流方向相同。 2．電樞反應(yīng)電勢(shì) ea其方向與ex相同，即其性質(zhì)也是阻礙換向的。 換向極電勢(shì)是由于換向元件切割換向磁極感應(yīng)的電勢(shì)，換向磁極是為改善換向而設(shè)置的。 三、影響換向的因素 機(jī)械方面的原因如：換向器偏心、片間絕緣凸出、某個(gè)換向片凸出、電刷與換向器表面接觸不好等等；化學(xué)方面：高空缺氧、缺水、某些化工廠的電機(jī)，都可能破壞換向器表面的氧化亞銅薄膜而產(chǎn)生火花。 ：在換向元件處產(chǎn)生一個(gè)磁勢(shì)以抵消該處的電樞反應(yīng)磁勢(shì)。換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)。但是電刷移動(dòng)后，會(huì)產(chǎn)生直軸去磁電樞反應(yīng)，導(dǎo)致電壓有些降低、轉(zhuǎn)速稍有升高，可能引起運(yùn)行不穩(wěn)定，故此方法旨在小容量電機(jī)中采用。 對(duì)直流電動(dòng)機(jī)是逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)一個(gè)小角度。 變壓器的用途和工作原理 一、變壓器分類及用途 遠(yuǎn)距離輸電為什么必須采用高壓輸電？電焊變壓器(專用)，給電焊機(jī)供電。實(shí)驗(yàn)變壓器(互感器)?？刂谱儔浩鳎河迷陔娮泳€路中。 一個(gè)鐵心：提供磁通的閉合路徑。 兩個(gè)繞組：一次側(cè)繞組(原邊)N1,二次側(cè)繞組(副邊)N2。 2. Ф在兩個(gè)繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e1和e2 e1=－N1 dФ/dt e2=－N2 dФ/dt3. 若略去繞組電阻和漏抗壓降，則以上兩式之比為： U1/U2≈(e1)/(e2)=N1/N2 4. U1/U2≈(e1)/(e2)=N1/N2=k，k定義為變